XBee系列ZigBee模块在高速公路灯控系统中的应用
供稿：迪进国际(香港)有限公司
- 关键词：XBee,ZigBee模块,,高速公路,灯控系统
- 摘要：ZigBee是一种无线连接技术的商业化命名，该无线连接技术主要解决低成本、低功耗、低复杂度、低传输速率、近距离的设备联网应用。
问 题： MaxStream的XBee系列ZigBee模块
解决方法： XBee系列ZigBee模块
一、应用需求
现代社会的发展，高速公路已经成为交通的一种非常重要的方式。而高速公路上的不同路段，各种灯控又是不可或缺的。比如信号指示灯，照明灯，雾灯等。而且，随着高速公路里程的增多，各种灯控系统的需求也越来越大。以前，可能是有线方式的灯控系统，但它具有不灵活或布线困难等等诸多缺点。而克服这些缺点最好的方式就是实现无线灯控系统。在无线控制系统的方式中，这几年流行起来的ZigBee无线技术又是最好的选择。而MaxStream公司的XBee系列模块，是目前行业内ZigBee技术实现的最好的OEM模块之一。能帮助用户快速实现ZigBee技术的应用。
二、ZigBee技术简介
ZigBee是一种无线连接技术的商业化命名，该无线连接技术主要解决低成本、低功耗、低复杂度、低传输速率、近距离的设备联网应用。 ZigBee标准基于802.15.4协议栈而建立，具备了强大的设备联网功能，它支持三种主要的自组织无线网络类型，即星型结构、网状结构(Mesh)和簇状结构(Cluster tree)，特别是网状结构，具有很强的网络健壮性和系统可靠性。星型结构如图1所示，网状结构(Mesh)如图1所示
图1： ZigBee星型网络结构
星型网络结构特点：支持点对点、点对多点通信；中心节点为ZIGBEE协调器，终端节点为ZIGBEE终端设备；所有数据经过中心节点；适合圆形分散、距离较近的传感器联网。
图2： ZigBee网状网络结构
MESH网状网络结构特点：系统采用多跳式路由通信；网络容量很大；可以跨越很大的物理空间，适合距离较远比较分散的结构。MESH网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络的所有实体只有要通信范围之内，都可以互相通信，如果没有直接通路，还可以通过“多级跳”的方式来通信；该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；除此之外，网络还具备自组织、自愈功能。
三、ZigBee技术特点
1、通信可靠：系统采用了CSMA－CA的碰撞避免机制，避免了发送数据时的竞争和冲突；采用完全确认的数据传输机制，保证信息传输的可靠性。 2、网络的自组织、自愈能力强：ZigBee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络。ZigBee自愈功能：增加、删除或移动节点，节点发生故障等等，网络都能够自我修复无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。 3、成本低廉：设备的复杂程度低，且ZigBee协议是免专利费的，这些可以有效地降低设备成本；ZigBee的工作频段灵活，为免执照频段的2.4GHz，就是没有使用费的无线通信。 4、网络容量大：一个ZigBee网络可以容纳最多254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在200多个ZigBee网络。
四、基于ZigBee技术的无线灯控系统解决方案
新型的太阳能信号灯控制系统集结了交通管理、交通控制、绿色能源等全新的理念与技术，采用太阳能代替传统的电能供电，通过交通灯柱顶端的太阳能电池板来进行聚集和储存太阳能，然后通过ZigBee主控制器向同一交通岗的各组交通灯发射控制信号，达到无线同步控制运行的效果。
图3： 利用ZigBee控制的太阳能信号灯
图4： ZigBee无线灯控原理
图5：基于ZigBee的高速公路无线灯控系统架构
这种无线灯控系统的具有如下优点：无须挖路布设控制线路，各设备之间实现无线自动组网连接，既降低了系统安装成本，更重要的是避免了传统安装方式对交通干扰所带来的经济损失。随时可以施工。而且，也避免了由于城市快速发展，道路拓展等变化对原有预埋管线的干扰。由于系统没有地面控制箱和控制线路，避免了恶意破坏，大大减少了维护成本。由于系统没有地面控制箱和控制线路，避免了恶意破坏；而且，整个控制系统的各个模块具有高集成度，高可靠性和低功耗，低成本，体积小等优点，维护保养十分方便，只需更换相应节点即可，避免了传统控制线路本身带来许多麻烦，从而大大减少了设备购置成本，建设安装成本和系统维护成本。
另外，从ZigBee技术角度来说，卓越的物理性能，整个网络所使用的无线频率是国际通用的免费频段(2.4 ~ 2.48Ghz ISM)， 传输的方式是抗干扰能力强的直序扩频方式（DSSS），特别适合在干扰较大的环境中使用。网络的自组织、自愈能力强，ZigBee的自组织功能，无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；ZigBee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。
五、MaxStream的基于ZigBee技术的XBee系列模块
XBee OEM RF模块是与ZigBee/IEEE 802.15.4 兼容的解决方案，可以满足低成本低功耗无线传感网络的特殊需求。该模块易于使用，极低的功耗，以及提供设备间关键数据的可靠传输。而且它小巧的外形条件有效的节省了板卡空间。如图6所示。
XBee / XBee-pro模块工作在ISM 2.4 GHz频率波段，而且它们是引脚兼容可互换的。该模块在美国，加拿大，澳大利亚，以色列以及欧洲广泛使用。建立RF通信不需要任何配置，该模块的默认配置支持广泛的数据系统应用。也可以使用简单AT命令进行高级配置。也提供API方式来实现对模块的自动控制和通讯。他们主要参数特征如下.
另外，方便用户快速上手应用，MaxStream提供开发套件，为您提供价廉的，一流的无线数据通信和支持。该套件包含快速建立和测试长距离无线数据链路所需要的所有硬件和软件。更多详细信息，用户可浏览公司网站：http://www.digi.com.cn/products/newproduct/MAXStream.jsp 和http://www.maxstream.net 。
